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排气管隔热方法的实验与数值分析研究
| 论文题名： | 排气管隔热方法的实验与数值分析研究 |
| 关键词： | 内燃机车;排气管;隔热结构;混合物浇筑料;夹层导热系数;法兰温度场 |
| 摘要： | 内燃机车是我国运输的主要牵引动力之一,随着科技的发展和铁路运输任务的增加,铁路运输对内燃机车柴油机提出了高可靠性的要求。内燃机车柴油机排气管外表面具有较高的温度,一旦高压的燃油或机油泄漏喷洒到排气管外表面,就容易引起火灾。本文开展了对新型内燃机车隔热排气管的数值模拟和实验研究,旨在研究一种新型隔热排气管以降低排气管外表面的温度,进而降低内燃机车因排气管外表面温度过高而引起机车起火的可能性。 内燃机车排气管主要由排气总管、排气支管和波纹管等组成。内燃机车柴油机正常工作时柴油机排气管外表面温度通常高达600℃甚至更高,排气管附近的燃油或机油管路因机械振动而发生断裂使燃油或机油喷洒到高温的排气管表面,就极易引起火灾,造成不可估量的损失。本文首先根据内燃机车排气管的结构和尺寸,用SolidWorks三维设计软件设计出一种新型隔热排气管结构,排气管为三层薄壁钢管结构,各层之间抽真空;法兰采用隔热夹层结构,隔热夹层采用经济实惠的铝酸盐水泥和高温耐火土的混合物浇筑料;其次用有限元分析软件ANSYS对不同夹层条件下排气管隔热法兰的温度场分布进行了模拟分析,分析了不同结构和夹层导热系数对法兰温度场的影响;最后用辐射换热的网络法计算了两层和三层排气管辐射换热时的外表面温度,计算结果表明,不同的排气管表面状态对排气管外表面的温度有较大影响。 基于以上分析与设计,按照设计方案加工了几节新型隔热夹层排气管,搭建了测试新型隔热排气管外表面温度的测试实验台,并进行了隔热排气管外表面温度的测试实验,同时用准稳态法测得了隔热法兰夹层浇注料的导热系数为0.362 W/(m.K),用比较法测得加工的排气管表面的发射率为0.7。通过改变发动机的不同转速和功率,测得不同功率下的排气温度和排气管外表面的温度,实验结果表明,隔热排气管外表面的温度较废气排气温度降低约60％,比普通排气管外表面温度低30%～50%,并且随着发动机功率的增大,排气温度和普通排气管外表面温度上升较快,而隔热排气管外表面温度上升较缓慢,隔热排气管起到了很好的隔热作用。从而验证了所设计的隔热排气管具有良好的隔热性、实用性和可靠性,尤其在降低内燃机车火灾的可能性、改善动力室环境等方面具有很好的应用价值,为开发新型低温隔热排气管奠定了基础。 |
| 作者： | 陆潇潇 |
| 专业： | 工程热物理 |
| 导师： | 王良壁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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